Vorlesung Methoden 2 - WiSe

- Erforschung der Schnittstelle zwischen Physischem und Psychischem

- Beziehung zwischen physikalischem Reiz und psychischer Erfahrung

- Ab welcher Lautstärke wird ein Ton wahrgenommen?

-Ab wann wird ein Unterschied zwischen zwei Entfernungen bemerkt?

- Proband soll angeben, ob ein Zielreiz in einem Durchgang vorhanden war oder nicht 

- Man schaut wann er einen Zielreiz richtig erkennt (Treffer), wann er einen Zielreiz übersieht (Auslassung), wann er einen nicht vorhanden Zielreiz fälschlicherweise identifiziert (Falscher Alarm) und wann er einen nicht vorhandenen Zielreiz korrekt erkennt (korrekte Zurückweisung) 

- Falsch beinhaltet Auslassung und falscher Alarm 

- Richtig beinhaltet Treffer und korrekte Zurückweisung 

- Ja-Tendenz: 9 Treffer, 1 Auslassung, 6 falscher Alarm, 4 korrekte Zurückweisung 

- Nein-Tendenz: 4 Treffer, 6 Auslassungen, 1 falscher Alarm, 9 korrekte Zurückweisungen 

- Sensitivität: d‘ (sprich: „d prime“) = z(Treffer) - z(falscher Alarm) --> "Krankheit wird erkannt" 

- Response Bias:c = -0.5*(z(falscher Alarm) + z(Treffer)) --> Antworttendenz

- Ein junger Drogensuchhund hat eine relative Häufigkeit an Treffern von 89% (Schätzwert für seine Trefferwahrscheinlichkeit 0,89) und eine relative Häufigkeit an falschen Alarmen von 59% (Schätzwert für seine Fehlalarmwahrscheinlichkeit 0,59). Aus den zugehörigen z-Werten z(0,89) = 1,23 und z(0,59) = 0,23 errechnet sich eine Sensitivität von d' = 1 und eine Antworttendenz von −0,73. Nach einigen Jahren „Berufserfahrung“ hat der Hund eine Trefferquote von 96% und schlägt nur noch in 39% der Fälle falschen Alarm. Daher verbessert sich seine Detektionsleistung d' auf 2,03, während seine Antworttendenz c mit −0,74 gleich geblieben ist (was von einem Hund auch zu erwarten ist).

Swets und Green: Radar und Detektion von schwer zu entdeckenden Signalen (Psychophysik)

- Entscheidungen unter Unsicherheit

- Gedächtnisforschung

Nein, das Forschungsziel ist die Systematisierung

- Grund: Vielfalt der Sensorik sollte erst umfassend erforscht werden, viele unterschiedliche Modalitäten, die wahrscheinlich gar nicht theoretisch über einen Kamm geschoren werden können; erst einmal beschreibend 

- physiologische und neurowissenschaftliche Methoden

- Introspektion

- Behaviorismus

- Mentale Chronometrie

- Einstellungs-Verhaltens-Lücke

- Intelligenzmessung

- Donders Subtraktionsmethode
- Additive Faktoren-Methode
- Mentale Rotation
- Vergessen
- Memory Scanning
- Subliminales Priming

Durch Variation des Inputs der Informationsverarbeitung wird Output manipuliert. Durch diese Manipulation bzw. deren Auswirkung kann man auf das dazwischen schließen: die mentalen Prozesse.

- Subtraktionsmethode: Durch Subtraktion der Reaktionszeiten voneinander lassen sich die Dauern kognitiver Prozesse (z.B. „Reizklassifikation“ und „Reaktionsauswahl“) bestimmen

- Posner's Anwendung: 

Präsentierte Buchstabenpaare und folgerte daraus auf verschiedene mentale Prozess Bestandteile.

1.physikalisch identisch P-P: Enkodierung, Vergleich, Entscheidung

2.inhaltlich identisch P-p: zusäztl. Gedächtnissuche nach Buchstabennamen

3.Konsonant oder Vokal: zusäztl. Kategorisierung

--> logische (nicht-empirische) Aufgabenanalyse ergibt mentale Prozess- Bestandteile
--> empirische Reaktionszeitmessung/Subtraktionsmethode ermöglicht zeitliche Vermessung

–z.B. Probanden vergleichen mental Entfernungen zwischen Orten
–mentale Vergleichsdauer länger für physikalisch größere Entfernungen
–Fazit: mentale Repräsentationen analog zu physikalischer Außenwelt (Review: MacIntyre, 2006)
--> Struktur des Geistes ähnlich zu Struktur der Außenwelt
--> Stärkt die Annahme, dass unser kognitives System die Außenwelt in analoger Weise repräsentiert (vgl. Repräsentationsannahme als Grundannahme der kognitiven Psychologie)
--> aber: es gibt auch Gegenevidenz für diese Annahme (vgl. memory scanning, s. SS)

Satz-Bild-Verifikation (Clark & Chase, 1972; Just & Carpenter, 1971)
- Probanden sollen zu verschiedenen formulierten (akustischen) Sätzen angeben, ob sie inhaltlich mit einem gleichzeitig dargebotenen Bild übereinstimmen
- Ziel: Vermessung mentaler Satzverarbeitungsprozesse

Visual World Paradigm (Cooper, 1974; Tanenhaus et al., 1995)
- Probanden betrachten Bilder von Objekten während sie Sätze hören und verstehen
- Dabei werden Blickbewegungen gemessen, um mentale Prozesse beim Satzverständnis abzugreifen (z.B. Antizipationen, phonologische/semantische Verarbeitung etc.)
 

Überprüfung der Eye-mind assumption / immediacy assumption: mental verarbeitet wird stets das, was gerade fixiert wird

Urteilen: Meinungsbildung/Bewertung
- beruht oft auf Heuristiken (vereinfachten Daumenregeln) z.B. Verfügbarkeitsheuristik
- Bsp.: Ist ein „k“ bei Wörtern häufiger an 1. oder an 3. Position?
- Wörter mit „k“ am Anfang sind verfügbarer im Gedächtnis

Entscheiden: Wahl zwischen Alternativen
-kann z.B. durch Rahmung beeinflusst (gebiast) werden:
-„Von 100 Autos der Marke gehen 10 kaputt“ (negative Rahmung) vs. „Von 100 Autos der Marke sind 90 intakt“ (positive Rahmung)
-„Würden Sie ein Auto der Marke kaufen?“

--> Anhand von Entscheidungen/Bewertungen der Probanden wird auf zugrundeliegende mentale Prozesse (Heuristik, Bias) geschlossen

Kaum eine Psychologische Disziplin beobachtet direkt das Verhalten. Meist erfolgt die Erkenntnisgewinnung durch Reaktionszeitexperimente, Introspektion, hypothetische Szenarien, Fragebögen etc.

- Kognitive Neurowissenschaft will Hirnkorrelate zu mentalen Prozessen abbilden und Abbildung des "neural information flow". --> Es geht um die Kombination von kognitiven Methoden mit neurowissenschaftlichen Verfahren.

- Die kognitive Neuropsychologie beschäftigt sich mit kognitiven Problemen, die durch Gehirnverletzungen verursacht wurden. --> Ziel ist es die Leistungen bei Gehirnverletzungen durch Theorie/Modell über normale kognitive Funktionsweise zu erklären und auf allgemeinpsychologische kognitive Fähigkeiten zu schlussfolgern.

- Paul Broca: Linksfrontale Läsion --> versteht , aber spricht nicht

- Carl Wernicke: Schnittstelle temporal / parietal --> spricht,aber versteht nicht

--> Hinweis auf Modularität der Sprachverarbeitung!

- Es wird klar getrennt (Zwei-Sprachen-Konzeption) zwischen

- Mentalistisch (psychologisch): Begriffe wie z. B. entscheiden oder überlegen

- Phsyikalistisch(physiologisch): raumzeitliche Zustandsbeschreibung wie z. B. Aktivität in Area V1

Was ist die Ursache von einem funktionalen Defizit? Besteht bei der Bildung kognitiver Theorien die Notwendigkeit der Berücksichtigung biologischer Befunde? Ist ein biologisch fundiertes Modell besser als ein rein psychologisches?

"[Es] wäre doch gar eine große und breite Untauglichkeit der
Rede, wenn sie nicht imstande wäre, zu unterscheiden, daß bei einem jeden Dinge eines
die Ursache ist, und etwas anderes jenes, ohne welches die Ursache nicht Ursache sein
könnte; und eben dies scheinen mir wie im Dunkeln tappend die meisten mit einem
ungehörigen Namen, als wäre es selbst die Ursache, zu benennen." (Platon) 

--> nicht die Erklärung/Ursache, sondern nötige Voraussetzung für mentales Phänomen

Grundannahme: Gemeinsam auftretende kognitive Leistungen liegen gemeinsamen kognitiven Prozessen zugrunde, dissoziierte kognitive Leistungen liegen unterschiedlichen kognitiven Prozessen zugrunde.

- Einfache Dissoziation:
Aufgabe 1: Worte lesen, Aufgabe 2: Gesichter wiedererkennen
Patient X: kann schlecht lesen, aber gut Gesichter erkennen
Fazit: separate (dissoziierte) kognitive Module?
Problem: Könnte auch ein gemeinsames (visuelles) Modul sein, nur die Aufgaben sind unterschiedlich schwierig…

- Doppelte Dissoziation:
Zusätzlicher Patient Y: kann schlecht Gesichter erkennen, aber gut lesen
Fazit: separate (dissoziierte) kognitive Systeme (sog. „Königsweg“ der neuropsychologischen Theoriebildung, vgl. auch Broca/Wernicke)

- Assoziation (zwischen Symptomen):
Patient hat Einbuße in Aufgabe 1 und auch in Aufgabe 2
Fazit: Beide Prozesse in einem System/Modul repräsentiert?
Problem: Fehlschluss, da auch andere Dinge dafür verantwortlich sein könnten, dass zwei Aufgaben beeinträchtigt sind, z.B. Läsion (= Hirnschädigung) betrifft zwei unabhängige (aber durch eine Läsion betroffene) Module

• Neurowissenschaftler James Fellon stieß auf brain scan mit extrem geringer frontal/temporal-Aktivierung
• Areale, die (gemäß vieler früherer Studien) mit Empathie, Moral und Selbstkontrolle in Verbindung stehen
• allerdings war dieses “psychopathische” Gehirn sein eigenes (Fallon, 2013)…--> reverse inference Problem!

- Syndromgruppenbildung: Clusterbildung von Patienten mit ähnlichen Symptomen.

- Funktionale Störungsbilder: Beschreibung von Patienten anhand eines systematisch getesteten Katalogs seiner Funktionsstörungen

- Probleme: steigende Komplexität und Spezifität (da ein Patient dann meistens sehr viele Funktionsstörungen aufweist), daher oft Tendenz zu Einzelfallerklärungen (Caramazza, 1984; Ellis, 1987)

- Einzelfallforschung: Betrachtung von Einzelfällen als je ein Experiment zur Testung einer kognitiven Theorie (Ellis & Young, 1993) im Gegensatz zu Gruppenvergleichen, Vorteil: keine Information „wegmitteln“ (Shallice, 1979), Rückkehr zu Methoden von 1870-1910
--> Einzelfälle haben paradigmatischen Charakter, sollten also für ein bestimmtes kritisches Problem entscheidend sein (nicht jeder Einzelfall ist dazu geeignet)

Empfehlungen zur Interpretation von Einzelfallstudien:
- Verwendung standardisierter neuropsychologischer Tests
- auf Patient zugeschnittene (kritische) Aufgaben
- kontrollierte Testbedingungen
- statistische Auswertung
- Replikation
- Validierung durch mehrere Aufgaben

Erkenntnisfortschritt in der Neuropsychologie:
- Vermehrt Rückgriff auf Erkenntnisse der Kognitionspsychologie und unauffällige Probanden (nicht nur pathologische Fälle), Übernahme experimenteller und statistischer Methoden
- Konvergenz durch Indizsammlung aus beiden Bereichen (Gesunde und Patienten, aber auch: Verhalten und Hirnaktivität) zur Sicherung der aufgestellten Modelle
- Bsp. 1: per „dual task“ an Gesunden zur Sicherung der an Patienten vermuteten Module (Shallice et al., 1985)
- Bsp. 2: per ähnlichem Phänomen (Wortfindungsstörung & tip of the
tongue; aufmerksamkeitsbezogene Dyslexie: „Weg gut” = „Wut“ auch bei
Normalen bei kurzen Expositionszeiten (Cowie, 1985))
- Bsp. 3: Simulation von Arealausfall (TMS etc.)

- z.B.: Gesichtererkennen vs. Lesen: zwei funktional unterschiedene Module statt ein „visuelles Modul“ (vgl. Dissoziationslogik)?

- D. Marr (1976; 1982): Erfahrungen aus visuellem System & Computersimulation: Vorteile modularer komplexer Systeme: Fehlerentdeckung und Verbesserung leichter (ein Fehler hat dann nur lokale Wirkung)

Eigentschaften kognitiver Module

1. Verkapselung (Unabhängigkeit der Module, Unkenntnis von anderen)
2. Spezifität (bzgl. ihres „Fachgebietes“, z.B. emotionaler Gesichtsausdrucksverarbeitung)
3. Verbindlichkeit (unwillkürliche Verarbeitung; eher bei Input- als bei Outputmodulen?)
4. Angeborenheit (aber: Lesen/Schreiben modular beschreibbar, dennoch Kulturfähigkeit)
5. Peripherität (In-/Outputmodule, höhere zentrale Prozesse wie Denken, Meinungsbildung, Entscheidungen nicht modular, daher nicht wissenschaftlich erforschbar
contra: massive modularity (= Annahme zentraler Module, Kognition als „App-Sammlung“, vgl. Tooby & Cosmides, 1989); Nachweis von Crosstalk-Phänomenen (Interferenz zwischen allen möglichen kognitiven Modulen)

PDP (parallel distributed processing): Farah (1994)
- Modellierung von Kognition mittels neuronaler Netze
- Wissen als Muster von Verbindungsstärken innerhalb einer Menge von Verarbeitungseinheiten
- kein Alles-oder-Nichts in konnektionistischen Systemen: Möglichkeit partiellen Wissens/Repräsentationsaktivitäten (Lernen nicht abgeschlossen / partielle Schäden)
- Komplexe Interkonnektivität von Verarbeitungseinheiten (exzitatorisch/inhibitorisch)
- z.B. Gedächtnis: eine Einheit kann an vielen Gedächtnisinhalten beteiligt sein, Repräsentationen können distribuiert oder lokal sein
Vorteile: erklärt regelgeleitetes Verhalten ohne explizit gespeicherte Regel; nur leichte Leistungsausfälle neuronaler Systeme bei Schädigungen; Abruf komplexer Inhalte aufgrund eines Teilinhaltes / besonders geeignet zur Erklärung von Crosstalk, Priming, Gedächtnisphänomenen …

AI, deep neural networks & machine learning: Neues Forschungsfeld an der Schnittstelle von Informatik, Neurowissenschaften & Psychologie

DNN: Neuronale Netze mit besonders vielen nodes & hidden layers
- werden „gefüttert“ mit Input (z.B. Helligkeits-/Farbpixelwerte von Bildern), Output: Klassifikation, ob bestimmtes Objekt vorhanden (machine learning)
- Anwendung: z.B. Prothesensteuerung anhand von Aktivitätsableitung einiger Neurone; Analyse komplexer neurowissenschaftlicher Datensätze; Simulation „echter“ Wahrnehmungsprozesse im Gehirn; Diagnose/Prognose klinischer Störungsbilder etc.

Problembereiche:
• Wenn Netz „funktioniert“, heißt das nicht, dass man verstanden hat warum („Choosing prediction over explanation“; Yarkoni & Westfall, 2017)
• Netzwerk lernt mit vorher annotierten Inputs (z.B. Bilddatenbanken) --> Unterschied zum menschlichen Lernen (vgl. Savage, 2019)

Modulhypothese (s.o.)
- Isomorphismus von Kognition und physiologischen Grundlagen (vgl. Gall): Einhergehen von anatomischen Zentren mit psychologischen Funktionen; entsprechend spezifische Störungen (Brain, 1964)
  - heute von kognitiver Neuropsychologie vorausgesetzt, dabei muss allerdings nicht unbedingt von physikalisch diskreten Zentren ausgegangen werden (z.B. Netzwerke, Rhythmen als zeitliche Codes, …)
  - Veranschaulichung des Problems: Verhältnis Software-Hardware Stellen sie sich vor, sie wollen die Funktionen einer Software verstehen, indem sie die Lokalisation elektrischer Signale am PC vermessen manches wäre vielleicht grob lokalisierbar (z.B. Aktivität Grafikkarte bei Fotobearbeitung), aber die Funktionsweise einer Textverarbeitungssoftware würde so nie begriffen werden)
- Transparenz: pathologische Leistung als valider Indikator für die Störung eines kognitiven Systems